CN101883052A

CN101883052A - 一种实现对等网络中流量优化的方法和***

Info

Publication number: CN101883052A
Application number: CN201010219292XA
Authority: CN
Inventors: 王治平; 周旭; 张棪; 宋俊平
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明公开了一种实现对等网络中流量优化的方法和***，均可以针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值；根据得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列，该节点信息指示出客户端可进行通信交互的节点。本发明实现对等网络中流量优化的方法和***，与现有技术相比，不必约束P2P流量，不存在部署设备复杂等问题和缺陷，而是将P2P流量本地化，减少了跨域流量；而且能对不同的P2P应用做不同的处理，兼顾P2P业务的多样性和特殊性，优化了P2P用户的体验。

Description

一种实现对等网络中流量优化的方法和***

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种实现对等网络中流量优化的方法和***。

背景技术

P2P(peer to peer)即对等计算或对等网络，可以简单地定义为通过直接交换的方式，共享计算机资源和服务。在P2P网络环境中，成千上万台彼此相连的计算机都处于对等地位，整个网络一般来讲不依赖于专用集中服务器。网络中每一台计算机既能充当网络服务的请求者，也能对其他计算机的请求做出响应，提供资源与服务。基于以上特点，P2P已经成为宽带网上为用户提供多媒体等海量数据的主要手段。

但是近年来P2P应用的广泛使用给运营商的网络带来了沉重的负担。在中国运营商的长途骨干网上，P2P流量占一半以上，严重影响了互联网正常业务的开展和其他传统主流内容的传播效果。这是由于P2P算法的痼疾所致。针对目前P2P流量优化，目前已提出一些解决方法。如：通过对报文流量进行模式匹配，将限制策略与访问控制表ACL相结合，对P2P报文进行各种限流操作来约束P2P流量。但是，该方法以牺牲P2P用户的体验为代价，无法满足P2P发展的需求。又如：通过部署P2P下载检测及控制子***、P2P文件缓存及分发子***，分光检测识别P2P流量，并将文件缓存到本地来优化P2P流量。但是，该方法依赖于P2P流量的被动检测和缓存，需要部署的设备过多，难以实现轻量级和标准化的优化管理，而且也不能对不同P2P应用来区分优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现对等网络中流量优化的方法和***，减少P2P的跨域流量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现对等网络中流量优化的方法，该方法包括：

针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值；

根据得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列，该节点信息指示出客户端可进行通信交互的节点。

所述底层特征参数包括以下至少之一：

带宽、时延、丢包率、路由跳数。

所述底层特征参数包括带宽、时延、丢包率以及路由跳数时，所述线性加权的方法为：

Cost = [\frac{K_{1}}{BandWidth (kbps)} \times μ_{1} + (ΣDelay (μs)) \times K_{2} \times μ_{2} + Lost \times K_{3} \times μ_{3}] + Dis \tan ce \times K_{0} \times μ_{0};

其中，K_i×μ_i分别为带宽、时延、丢包率、路由跳数的权重系数，μ₀，μ₁，μ₂，μ₃之和为100％，K_i为μ_i的归一化参数。

确定所述网络优先级序列的方法为：

将所述总开销值序列中的内容升序排列，得到如下表示的网络优先级序列：

[\begin{matrix} RNetID 11 \\ RNetID 12 \\ RNetID 13 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} n_{1} ID r_{1} & n_{1} ID r_{2} & n_{1} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{2} ID r_{1} & n_{2} ID r_{2} & n_{2} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{3} ID r_{1} & n_{3} ID r_{2} & n_{3} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

其中，n_aIDr_b表示某节点处在ID为a的网络中；当该节点发出请求时，为其选择的优先级为b的网络ID号。

该方法进一步包括：

向提出查询请求的客户端反馈所述网络优先级序列中的节点信息，客户端对收到的节点信息所对应的节点发起内容请求。

一种实现对等网络中流量优化的***，该***包括开销决策单元、网络优先级序列决策单元；其中，

所述开销决策单元，用于针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值；

所述网络优先级序列决策单元，用于根据开销决策单元得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列；所述节点信息指示出客户端可进行通信交互的节点。

所述底层特征参数包括以下至少之一：带宽、时延、丢包率、路由跳数；

所述开销决策单元、网络优先级序列决策单元，设置于P2P重定向设备中。

所述底层特征参数包括带宽、时延、丢包率以及路由跳数时，所述开销决策单元在进行线性加权时，用于进行如下计算：

Cost = [\frac{K_{1}}{BandWidth (kbps)} \times μ_{1} + (ΣDelay (μs)) \times K_{2} \times μ_{2} + Lost \times K_{3} \times μ_{3}] + Dis \tan ce \times K_{0} \times μ_{0};

所述网络优先级序列决策单元在确定所述网络优先级序列时，用于将所述总开销值序列中的内容升序排列，得到如下表示的网络优先级序列：

[\begin{matrix} RNetID 11 \\ RNetID 12 \\ RNetID 13 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} n_{1} ID r_{1} & n_{1} ID r_{2} & n_{1} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{2} ID r_{1} & n_{2} ID r_{2} & n_{2} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{3} ID r_{1} & n_{3} ID r_{2} & n_{3} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

该***进一步包括节点信息提供单元，用于向提出查询请求的客户端反馈所述网络优先级序列中的节点信息；

所述客户端，用于对收到的节点信息所对应的节点发起内容请求。

本发明实现对等网络中流量优化的方法和***，与现有技术相比，不必约束P2P流量，不存在部署设备复杂等问题和缺陷，而是将P2P流量本地化，减少了跨域流量；而且能对不同的P2P应用做不同的处理，兼顾P2P业务的多样性和特殊性，优化了P2P用户的体验。

附图说明

图1为本发明一实施例的实现对等网络中流量优化的***图；

图2为本发明一实施例的网络拓扑的抽象化示意图；

图3为本发明一实施例的利用底层特征参数优化节点选择的处理流程图；

图4为本发明实现对等网络中流量优化的流程简图。

具体实施方式

总体而言，可以通过具体的量化、度量网络拓扑信息，依据P2P业务提交的属性信息引导节点互联，在明显减少运营商负担的同时，最大程度的优化多种P2P业务的用户体验。

在具体应用时，可以如图1所示提供单域内P2P流量优化的部署结构图，其它对等域也可采用相似的部署形式。参见图1，图1为本发明一实施例的实现对等网络中流量优化的***图。

其中，PPR(P2P Redirector，P2P重定向设备)作为部署在运营商自治域的网络实体，能够通过开放的标准协议与域内的P2P客户端通信，为本域的P2P用户提供服务。一旦收到了P2P客户端发送的peer表请求，就会根据网络拓扑信息和策略信息选择Peer表返回；DNS(域名解析***)为客户端提供域名解析服务，客户端可以向其查询域内PPR的实际地址；PPC(P2P Cache，P2P内容缓存设备)作为一个超级种子部署在域内，为域内P2P用户提供代理和缓存功能。PPC可以根据网络现有的状况合理部署，并非必要部署设备。

由于PPR部署在域内，因此可以得到网络实际的拓扑信息并建立网络模型。根据网络的实际情况和网络管理的粒度，可以将网络划分为不同的域，每个域下可能存在多层次的子网。运营商将其拓扑信息以特定的格式存入到数据库中。以PPR的视角来看，可以将整个网络抽象化成一张有向连通图，图2是本发明进行网络测量时网络拓扑的抽象化示意图。

在实现对等网络中流量优化时，大体可以执行如下所示的步骤：

第一步，运行P2P应用的客户端通过DNS查询域内PPR的地址；

第二步，客户端向PPR发起注册，提交所述P2P应用所关注的具体底层特征参数的权重系数；

第三步，PPR针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值；根据得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列。所述节点信息为节点ID、IP等信息，用于指示出客户端可进行通信交互的节点(可以将这种节点称为备选服务节点)。

第四步，客户端对PPR提交针对备选服务节点的查询请求，PPR对其回复网络优先级序列中的节点ID、IP等节点信息；

第五步，客户端对收到的节点信息所对应的节点发起内容请求。

需要说明的是，可以在PPR等功能实体中设置开销决策单元、网络优先级序列决策单元、节点信息提供单元。其中，开销决策单元能够针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值；网络优先级序列决策单元能够根据开销决策单元得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列；节点信息提供单元则能够向提出查询请求的客户端反馈所述网络优先级序列中的节点信息，使得客户端能够对收到的节点信息所对应的节点发起内容请求。

具体应用时，为了度量不同节点之间的参数，以根据参数来优化节点的选择，需要创建以下三张表：

第一张表是Net(网络)表，用以描述域的属性。基本表项为<NetID，ParentID，Type，AddrStart，AddrEnd，Mask，Capacity>。网络彼此之间的层次关系可以由<NetID，ParentID>两个参数来决定；Type用来表述网络的类型以及接入方式；AddrStart和AddrEnd用来表示该网络内拥有节点的IP范围；Mask表示子网掩码；Capacity用来表示网络内的节点数目。

第二张表是Peer表，用以描述域内节点的基本属性。基本表项为<PeerID，IP，PeerUplink，PeerDownlink，Option>。PeerID和IP分别表示该节点的逻辑标识和网络层标识；PeerUplink和PeerDownlink分别表示该节点的上传和下载带宽；Option用来做扩展选项，可以表示计算机的负载和计算资源等情况。

第三张表是NetEage表，用于表示各个网络之间网络链路的参数信息。基本表项为<NetA，NetB，BandWidth，Delay，Lost，Distance，Option>。NetA和NetB为网络ID号，表示该链路连接哪两个网络；BandWidth表示网络的出口带宽；Delay表示链路的时延；Lost表示链路的丢包率和可靠性；Distance表示该链路跨越的路由器数目；Options为扩展选项。

需要特别指出的是：图2为有向图。各网络中的<NetA，NetB>和<NetB，NetA>分别表示同一网络链路的不同方向，因为同一链路的不同方向其出口带宽和时延等参数可能不同。

考虑到运营商和P2P应用需要针对各个参数的不同侧重点来进行节点的优化选择，可以将NetEage表中的底层特征参数作为自变量，综合考虑各个底层特征参数的权重系数，计算出不同节点之间链路的总开销值Cost。在进行节点选择时就可以依据不同P2P业务的Cost来选择网段和节点。如，针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值，公式如下：

Cost = [\frac{K_{1}}{BandWidth (kbps)} \times μ_{1} + (ΣDelay (μs)) \times K_{2} \times μ_{2} + Lost \times K_{3} \times μ_{3}] + Dis \tan ce \times K_{0} \times μ_{0};

在以上各权重系数中，μ₀主要面向运营商，用以调节Distance权重的大小。Distance为某条路由选择的路径上所跨越的路由跳数。运营商希望所选节点的Distance值尽量小，从而减少跨域流量，这就需要在设置Cost计算公式时提升系数μ₀的大小。μ₀并不是固定值，而是针对不同P2P应用具有不同取值，但具体的设置仍需P2P厂商和运营商之间做更加深入具体的协商。

μ₁，μ₂和μ₃的调节主要面向P2P应用，分别用来表示带宽、时延和可靠性系数(丢包率)的大小，其中的时延需要综合考虑链路本身的时延和网络设备的时延。不同的P2P业务需要选择不同的<μ₁，μ₂，μ₃>矢量，对于类似Skype语音等时延敏感的业务，需要加大μ₂系数；对于Bittorrent等下载业务，就需要加大带宽的选择系数μ₁；对于视频等流媒体业务，则需要综合考虑带宽和时延等因素的影响。

第一次将各具体的P2P应用向PPR注册时，需要提交P2P应用的业务属性，包括<μ₁，μ₂，μ₃>矢量值。当执行该业务的客户端再次向PPR请求节点时，基于不同的业务，PPR会根据之前注册的矢量值来计算待选节点所处网络的Cost，从而优化节点选择。之后，在设置好计算总开销值所需的权重系数后，PPR可以采用传统的Dijkstra算法生成每个网络到其他所有网络的Cost序列，将该序列中的内容升序排列后得到以下面矩阵方式呈现的计算结果：

[\begin{matrix} P 2 PType 1 \\ P 2 PType 2 \\ P 2 PType 3 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} RNetID 11 & RNetID 12 & RNetID 13 & \cdot \cdot \cdot \\ RNetID 21 & RNetID 22 & RNetID 23 & \cdot \cdot \cdot \\ RNetID 31 & RNetID 32 & RNetID 33 & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

其中，NetIDi表示ID号为i的网络；RNetIDmn表示P2P类型为m，身处在ID为n的网络中。

PPR根据Cost计算出来的网络优先级序列可以表示为：

[\begin{matrix} RNetID 11 \\ RNetID 12 \\ RNetID 13 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} n_{1} ID r_{1} & n_{1} ID r_{2} & n_{1} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{2} ID r_{1} & n_{2} ID r_{2} & n_{2} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{3} ID r_{1} & n_{3} ID r_{2} & n_{3} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

其中，n_aIDr_b表示某节点处在ID为a的网络中；当该节点发出请求时，PPR为其选择的优先级为b的网络ID号。

在上述描述中，考虑到了对网间链路的衡量，即Cost计算公式中的参数来自于NetEage表。Peer表为对节点自身的参数描述，在Cost计算中暂未体现。Net表为对网络中现有网络的描述，有存在的意义，但是暂时没有计算意义。

参见图3，图3为本发明一实施例的利用底层特征参数优化节点选择的处理流程图，该流程包括以下步骤：

步骤301：当客户端发起请求时，判断是否可查询到收到的请求所对应的P2P类型，如果可以查询到，进入步骤302；否则，进入步骤310。

步骤302：判断是否能查询到收到的请求所对应的文件信息，如果可以查询到，进入步骤303；否则，进入步骤320。

步骤303：根据P2P的业务类型和被请求节点所在的网络，确定出不同节点之间链路的总开销值。

步骤304：返回peer表，结束本流程。

步骤310：返回peer表为空，结束本流程。

步骤320：判断客户端发起的请求是否为第一次请求，如果是，进入步骤330；否则，返回步骤310。

步骤330：将该请求所对应的文件内容添加到文件表，并更新相应Net表和Peer表。

由图3可见，当客户端向PPR发起请求时，PPR会根据客户端P2P应用的类型以及收集到的内容资源判断是否存在所述请求所对应的节点列表，并在存在节点列表时，利用PPR计算出的各域间的Cost来优先选择具有较小Cost的域内节点并返回给客户端。

在本发明的部署实例中，不仅考虑到了运营商的利益，也兼顾了多种P2P用户的体验。以下载类的Bittorrent应用和流媒体类的PPCDN应用为例，Bittorrent应用会主要关注路由跳数和带宽这两个参数，以求减少跨域流量的同时得到最好的下载体验；相对而言，800k/s的带宽基本能满足大多数流媒体频道的传输要求，那么PPCDN则更关注丢包率和时延等参数，以便更好的满足客户的需求。以此两类应用在本发明的部署实例中开展实验，均受到了明显的优化效果。

结合以上描述可知，本发明实现对等网络中流量优化的操作思路可以表示如图4所示。参见图4，图4为本发明实现对等网络中流量优化的流程简图，该流程包括以下步骤：

步骤410：针对影响通信开销的底层特征参数进行线性加权，得到不同节点间链路的总开销值。

步骤420：根据得到的总开销值确定包含节点信息的网络优先级序列，该节点信息指示出客户端可进行通信交互的节点。

综上所述可见，无论是方法还是***，采用本发明所述的实现对等网络中流量优化的技术，与现有技术相比，不必约束P2P流量，不存在部署设备复杂等问题和缺陷，而是将P2P流量本地化，减少了跨域流量；而且能对不同的P2P应用做不同的处理，兼顾P2P业务的多样性和特殊性，优化了P2P用户的体验。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种实现对等网络中流量优化的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底层特征参数包括以下至少之一：

带宽、时延、丢包率、路由跳数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述底层特征参数包括带宽、时延、丢包率以及路由跳数时，所述线性加权的方法为：

Cost = [\frac{K_{1}}{BandWidth (kbps)} \times μ_{1} + (ΣDelay (μs)) \times K_{2} \times μ_{2} + Lost \times K_{3} \times μ_{3}] + Dis \tan ce \times K_{0} \times μ_{0};

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述网络优先级序列的方法为：

[\begin{matrix} RNetID 11 \\ RNetID 12 \\ RNetID 13 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} n_{1} ID r_{1} & n_{1} ID r_{2} & n_{1} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{2} ID r_{1} & n_{2} ID r_{2} & n_{2} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{3} ID r_{1} & n_{3} ID r_{2} & n_{3} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

6.一种实现对等网络中流量优化的***，其特征在于，该***包括开销决策单元、网络优先级序列决策单元；其中，

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述底层特征参数包括带宽、时延、丢包率以及路由跳数时，所述开销决策单元在进行线性加权时，用于进行如下计算：

Cost = [\frac{K_{1}}{BandWidth (kbps)} \times μ_{1} + (ΣDelay (μs)) \times K_{2} \times μ_{2} + Lost \times K_{3} \times μ_{3}] + Dis \tan ce \times K_{0} \times μ_{0};

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述网络优先级序列决策单元在确定所述网络优先级序列时，用于将所述总开销值序列中的内容升序排列，得到如下表示的网络优先级序列：

[\begin{matrix} RNetID 11 \\ RNetID 12 \\ RNetID 13 \\ \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \cdot \end{matrix}] = [\begin{matrix} n_{1} ID r_{1} & n_{1} ID r_{2} & n_{1} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{2} ID r_{1} & n_{2} ID r_{2} & n_{2} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ n_{3} ID r_{1} & n_{3} ID r_{2} & n_{3} ID r_{3} & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \end{matrix}];

10.根据权利要求6至9任一项所述的***，其特征在于，该***进一步包括节点信息提供单元，用于向提出查询请求的客户端反馈所述网络优先级序列中的节点信息；